MÉTODO PARA A DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE TOLERÂNCIA DE PESO DE VEÍCULOS COM FOCO NO USO DE SISTEMAS DE PESAGEM EM ALTA VELOCIDADE

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Texto

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

MÉTODO PARA A DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE

TOLERÂNCIA DE PESO DE VEÍCULOS COM FOCO NO USO

DE SISTEMAS DE PESAGEM EM ALTA VELOCIDADE

NAYARA DONELLI PELLIZZON

ORIENTADOR: ALAN RICARDO DA SILVA

COORIENTADOR: GUSTAVO GARCIA OTTO

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM TRANSPORTES

PUBLICAÇÃO: T.DM-007/2020

BRASÍLIA / DF: OUTUBRO/2020

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

MÉTODO PARA A DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE TOLERÂNCIA DE

PESO DE VEÍCULOS COM FOCO NO USO DE SISTEMAS DE

PESAGEM EM ALTA VELOCIDADE

NAYARA DONELLI PELLIZZON

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM TRANSPORTES.

APROVADA POR:

_________________________________________

ALAN RICARDO DA SILVA, Dr. (UnB) (ORIENTADOR)

_________________________________________

GUSTAVO GARCIA OTTO, Dr. (LABTRANS/UFSC) (COORIENTADOR)

_________________________________________ SÉRGIO RONALDO GRANEMANN, Dr. (UnB) (EXAMINADOR INTERNO)

_________________________________________

LETO MOMM, Dr. (UFSC) (EXAMINADOR EXTERNO)

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iii FICHA CATALOGRÁFICA

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA (Exemplo)

PELLIZZON, N. D. (2020). Método para Definição dos Limites de Tolerância de Peso com Foco no Uso de Sistemas de Pesagem em Alta Velocidade. Publicação T.DM-007/2020. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 173 p.

CESSÃO DE DIREITOS

AUTOR: NAYARA DONELLI PELLIZZON

TÍTULO DA DISSERTAÇÃO: Método para a definição dos limites de tolerância de peso de veículos com foco no uso de sistemas de pesagem em alta velocidade

GRAU: Mestre ANO: 2020

É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta dissertação de mestrado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos e científicos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte dessa dissertação de mestrado pode ser reproduzida sem autorização por escrito do autor.

___________________________ Nayara Donelli Pellizzon

SAN, Qd. 3, Bl. A, Ed. Núcleo dos Transportes – CEP: 70040-902 – Brasília/DF

(nayara_donelli@hotmail.com / nayara.pellizzon@dnit.gov.br)

PELLIZZON, NAYARA DONELLI

Método para Definição dos Limites de Tolerância de Peso de Veículos com Foco no Uso de Sistemas de Pesagem em Alta Velocidade. [Distrito Federal], 2020. xii, 173 p., 210x297mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Transportes, 2020).

Dissertação de Mestrado – Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia. Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.

1 – WIM 2 – HS-WIM

3 – Limites de tolerância de peso 4 – Método estatístico de experimentação I – ENC/FT/UnB II – Título (série)

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iv DEDICATÓRIA

A Deus, pelo dom da vida, e por me conduzir no sentido do amor.

Aos meus pais, Maria Amélia e Norberto, por serem exemplos de amor, resiliência e retidão.

Aos meus avós, Indalêcio, Antônio, Francisca (Chiquinha) e Adélia – in memoriam – pela caminhada de luta e simplicidade que trilharam.

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v AGRADECIMENTOS

A Deus, primeiramente.

Aos meus pais, Maria Amélia e Norberto, as pessoas mais importantes para mim, e que, com muito esforço e simplicidade, dedicaram-se e contribuíram de forma incondicional para que eu pudesse chegar até aqui, sempre incentivando e priorizando meu aperfeiçoamento pessoal e educacional.

Ao meu irmão, Julio César, por quem tenho profunda admiração, e que sempre se faz presente, amigo e disposto a me auxiliar e incentivar.

Ao Carlos Augusto, pelo companheirismo de sempre, pelo apoio, incentivo e compreensão ao longo do desenvolvimento deste trabalho, os quais foram essenciais.

Ao professor e orientador, Alan Ricardo, por ter acreditado no desenvolvimento deste trabalho. Com dedicação e competência na transmissão do conhecimento, desde o ministério das aulas, sempre incentivou e contribuiu enormemente para meu aprendizado e para o progresso deste trabalho. Registro aqui, também, minha admiração à pessoa que é, ao seu conhecimento, ao esforço dedicado à coordenação do PPGT, ao seu profissionalismo e à forma como conduz os alunos ao aperfeiçoamento, não só acadêmico, mas também pessoal.

Ao coorientador, Gustavo, por também ter acreditado no desenvolvimento deste trabalho e por ter contribuído à busca do conhecimento, sempre incentivando e se mostrando disposto a auxiliar. Com sua dedicação e competência, vem contribuindo para o desenvolvimento das pesquisas relacionadas à pesagem. Registro também minha admiração à pessoa que é, ao seu conhecimento e ao seu esforço na coordenação de estudos de pesagem através do LabTrans.

Ao Eng.º Davi e à Eng.ª Cássia, que, nas funções de coordenação da CGPERT do DNIT, concordaram com meu afastamento parcial para cursar o mestrado ofertado pelo PPGT/UnB.

Ao DNIT, cujas competências regimentais várias nos desafiam enquanto profissionais e enquanto servidores, por ter concedido, por meio de seus diretores, o meu afastamento parcial para cursar o mestrado ofertado pelo PPGT/UnB. Do mesmo modo, aos cidadãos brasileiros, por terem financiado indiretamente o desenvolvimento desta pesquisa.

E, por fim, a todos aqueles que, direta ou indiretamente, contribuíram com este trabalho e que me mantêm no propósito de sempre aliar prática e ciência.

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RESUMO

MÉTODO PARA DEFINIÇÃO DOS LIMITES DE TOLERÂNCIA DE PESO DE VEÍCULOS COM FOCO NO USO DE SISTEMAS DE PESAGEM EM ALTA

VELOCIDADE

Veículos com sobrecarga representam ameaças às operações do transporte rodoviário, acarretando riscos crescentes aos cidadãos e à economia de um país. A fiscalização de veículos comerciais pesados é reconhecida como um mecanismo capaz de coibir os atos infracionais relacionadas aos excessos de carga transportados. Dentre as diversas tecnologias existentes, voltadas à pesagem de veículos, os sistemas de pesagem em alta velocidade (HS-WIM) apresentam vantagens capazes de ampliar os níveis de eficiência, eficácia e efetividade requeridos por órgãos e entidades competentes, quando do desenvolvimento de atos de fiscalização. Entretanto, questões relativas à certificação de tais sistemas, pelas entidades metrológicas, configuram-se como um dos principais entraves à sua implementação. Nesse sentido, diante das hipóteses estabelecidas, o objetivo deste trabalho consistiu em propor um método para definir os limites de tolerância de peso de veículos comerciais pesados a partir do uso de métodos estatísticos de experimentação. A partir da aplicação do método, para o qual foram considerados três veículos, com até três grupos de eixos, identificaram-se os limites de tolerância máximos, mínimos e máximos absolutos relativos às medidas de PBT (Peso Bruto Total) e peso por grupos de eixos. Os limites máximos absolutos identificados foram: 13% (PBT), 20% (grupo de eixos 1), 20% (grupo de eixos 2) e 17% (grupo de eixos 3). Os testes t de Student e de Wilcoxon foram aplicados para se avaliar a situação de precisão dos três sistemas empregados quanto à estimativa das medidas de peso, a fim de verificar a adequabilidade dos limites de tolerância obtidos. Identificou-se que nenhum deles se encontrava absolutamente preciso, apontando por possíveis disfunções relacionadas aos erros intrínsecos e/ou devido a fatores externos. Os testes ANOVA e Kruskal-Wallis foram aplicados para avaliar a influência de diferentes parâmetros na estimativa das medidas de peso pelos sistemas HS-WIM. Identificou-se que devem ser observadas as configurações veiculares, em associação às variações de velocidade, bem como a adequabilidade geométrica e de desempenho das estruturas de pavimentos. Identificou-se, por fim, que as variações de temperatura devem ser observadas, a depender do tipo de estrutura de pavimento a ser utilizada para a composição do sistema HS-WIM.

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ABSTRACT

METHOD FOR DEFINING THE WEIGHT ACCURACY LIMITS OF VEHICLES WITH FOCUS ON THE USE OF HIGH-SPEED WEIGHING SYSTEMS

Overloaded vehicles pose threats to road transportation operations, increasing risks to citizens and to the country’s economy. Heavy goods vehicles enforcement is recognized as a mechanism capable to restrain infringement acts related to overload. Among the various existing technologies, aimed at weighing vehicles, high-speed weighing systems (HS-WIM) have advantages capable of increasing the efficiency, efficacy and effectiveness levels required by competent entities, when developing enforcement acts. However, issues related to the certification of such systems, by metrological entities, are configured as one of the main obstacles to their implementation. In this sense, in view of the established hypotheses, the objective of this work was to propose a method to define weight accuracy limits of heavy goods vehicles, based on the use of statistical experimental methods. From the application of the method, where three vehicles were considered, with up to three axes groups, the maximum, minimum and absolute maximum weight accuracy limits related to GVW (Gross Vehicle Weight) and weight measurements by axle groups were identified. The absolute maximum limits were: 13% (GVW), 20% (axis group 1), 20% (axis group 2) and 17% (axis group 3). Student’s t and Wilcoxon tests were applied to assess the accuracy of the three systems used in estimating weight measurements and to verify the adequacy of the accuracy limits obtained. It was identified that none of them were absolutely accurate, showing possible miscalibration related to intrinsic errors and/or due to external factors. ANOVA and Kruskal-Wallis tests were applied to assess the influence of different parameters on the estimation of weight measurements by HS-WIM systems. It was identified that the vehicles configurations must be observed, in association with the speed variations, as well as the geometric suitability and performance of the pavement’s structures, because it was found significant differences between them. Finally, it was identified that temperature variations should also be considered, depending on the type of pavement structure to be used for the composition of the HS-WIM systems.

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ... 18 1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA... 20 1.2 HIPÓTESE ... 21 1.3 OBJETIVOS ... 22 1.4 JUSTIFICATIVA ... 22 1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ... 24

2 CARACTERÍSTICAS DO TRÁFEGO E SUA INTERAÇÃO COM PAVIMENTOS...25

2.1 PAVIMENTOS ... 26

2.1.1 Serventia e Desempenho de Pavimentos ... 26

2.1.2 Estrutura e Comportamento Estrutural de um Pavimento ... 27

2.1.3 O Fenômeno da Fadiga e a Deterioração de um Pavimento ... 29

2.2 TRÁFEGO E SUAS CARACTERÍSTICAS ... 32

2.2.1 Veículos e seus Limites Legais de Pesos e Dimensões ... 33

2.2.2 Eixos ... 37

2.2.3 Rodados e Pressão de Enchimento dos Pneus ... 39

2.2.4 Suspensões dos Veículos ... 42

2.2.5 Velocidade e Cargas Dinâmicas ... 43

3 FISCALIZAÇÃO DE VEÍCULOS COMERCIAIS PESADOS ... 44

3.1 IMPACTOS DA SOBRECARGA ... 46

3.1.1 Deterioração Precoce de Pavimentos ... 46

3.1.2 Comprometimento da Segurança Viária ... 49

3.1.3 Competitividade Desleal no Transporte Rodoviário de Cargas ... 52

3.2 FISCALIZAÇÃO E A ORGANIZAÇÃO PARA UM TRÂNSITO SEGURO . 56 3.2.1 Legislação Brasileira e o Uso de Instrumentos e Tecnologias para Pesagem .... 58

3.2.2 Modelos de Fiscalização ... 64

4 PESAGEM EM MOVIMENTO ... 69

4.1 PESAGEM DINÂMICA EM PAVIMENTOS... 71

4.1.1 Balanças ... 73

4.1.2 Sensores em Linhas e em Barras ... 75

4.1.3 Sistemas HS-WIM ... 80

4.2 ESTIMATIVA DO PESO ... 81

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4.2.2 Erro Devido a Fatores Externos ... 84

4.2.3 Desafios da Pesagem Dinâmica ... 86

4.3 REQUERIMENTOS DE DESEMPENHO, PROCEDIMENTOS DE TESTE E AVALIAÇÃO DE SISTEMAS WIM ... 87

4.3.1 Especificação Europeia COST 323 (2002) ... 89

4.3.2 Recomendação Internacional OIML R134-1 (2006) ... 93

4.3.3 Especificação Padrão Norte Americana (ASTM E1318-09) (2009) ... 97

4.3.4 Regulamento Técnico Metrológico (RTM) – INMETRO ... 100

4.3.5 NMi Padrão Internacional WIM ... 102

4.3.6 Tópico Complementar ... 105

5 MÉTODO ... 107

5.1 FASE 1: DEFINIÇÃO DO LOCAL PARA TESTE... 107

5.2 FASE 2: TESTE EM CAMPO E AQUISIÇÃO DOS DADOS ... 109

5.2.1 Etapa 1: Definição dos Veículos Conhecidos e Carregamentos ... 109

5.2.2 Etapa 2: Definição do Equipamento de Precisão e Obtenção das Medidas de Referência ... 109

5.2.3 Etapa 3: Definição e Realização do Protocolo de Teste e Obtenção das Medidas de Peso...110

5.3 FASE 3: ANÁLISE DOS DADOS ... 111

5.3.1 Etapa 1: Cálculo das Diferenças Relativas e Definição de Tolerâncias ... 111

5.3.2 Etapa 2: Inferências Estatísticas ... 112

6 APLICAÇÃO DO MÉTODO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 115

6.1 FASE 1: DEFINIÇÃO DO LOCAL PARA TESTE... 115

6.1.1 Clima ... 115

6.1.2 Infraestruturas do PPV 16.08 (Sítio de Pesagem WIM) ... 116

6.1.3 Sensores e Balança de Precisão ... 118

6.2 FASE 2: TESTE EM CAMPO E AQUISIÇÃO DOS DADOS ... 119

6.2.1 Etapa 1: Definição dos Veículos Conhecidos e Carregamentos ... 119

6.2.2 Etapa 2: Definição do Equipamento de Precisão e Obtenção das Medidas de Referência ... 120

6.2.3 Etapa 3: Definição e Realização do Protocolo de Teste e Obtenção das Medidas de Peso... ... 121

6.3 FASE 3: ANÁLISE DOS DADOS ... 122

6.3.1 Etapa 1: Cálculo das Diferenças Relativas e Definição de Tolerâncias ... 122

6.3.2 Etapa 2: Inferências Estatísticas ... 132

(10)

x

7.1 LIMITAÇÕES DO TRABALHO ... 150

7.2 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ... 151

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 152

ANEXO I ... 165

(11)

xi LISTA DE TABELAS

Tabela 6.1: Frequências absolutas – Sistema 01 ... 123

Tabela 6.2: Frequências absolutas – Sistema 02 ... 126

Tabela 6.3: Frequências absolutas – Sistema 03 ... 129

Tabela 6.4: Sistema 01 (p-valores) ... 134

Tabela 6.5: Sistema 02 (p-valores) ... 135

Tabela 6.6: Sistema 03 (p-valores) ... 136

Tabela 6.7: Sistema 01 (p-valores) e comparações múltiplas ... 140

Tabela 6.8: Sistema 02 (p-valores) e comparações múltiplas ... 142

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xii LISTA DE QUADROS

Quadro 3.1: Composição do SNT – Art. 7º do CTB ... 57

Quadro 3.2: Modelos de fiscalização ... 64

Quadro 4.1: Classificação dos locais de instalação de sistemas WIM – COST 323 ... 90

Quadro 4.2: Classes de precisão em relação às classes de sítios de pesagem – COST 323 ... 90

Quadro 4.3: Dependência do nível de confiança – especificações de ensaio – COST 323 ... 91

Quadro 4.4: Tolerância das classes de precisão – Especificação Europeia COST 323 ... 91

Quadro 4.5: Procedimentos para definição da classe de precisão de um sistema WIM – COST 323 ... 92

Quadro 4.6: Classes de precisão – OIML R134-1 ... 94

Quadro 4.7: Limites de erro para massa total de um veículo carregado ou não - OIML ... 94

Quadro 4.8: Erro Máximo Admissível para um veículo de referência rígido de dois eixos - OIML ... 95

Quadro 4.9: Desvio Máximo Admissível para todos os tipos de veículos de referência com exceção do veículo rígido de dois eixos - OIML ... 95

Quadro 4.10: Procedimentos gerais para avaliação metrológica de um instrumento WIM - OIML ... 95

Quadro 4.11: Tipos de sistemas WIM e os dados de aquisição do sistema - ASTM ... 97

Quadro 4.12: Requerimentos de desempenho (tolerâncias) – sistemas WIM - ASTM ... 98

Quadro 4.13: Requerimentos dos pavimentos dos sítios de instalação dos sistemas WIM - ASTM ... 98

Quadro 4.14: Procedimentos para avaliação e aceitação do sistema WIM – ASTM ... 99

Quadro 4.15: Erros Máximos Admissíveis (EMAs) – INMETRO ... 101

Quadro 4.16: Procedimentos para ensaio e avaliação de sistemas WIM com relação às massas e cargas - INMETRO ... 101

Quadro 4.17: Requerimentos geométricos do sítio de instalação de sistemas WIM - NMi .. 103

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xiii Quadro 4.19: Procedimentos para avaliação de sistemas WIM quanto às medidas de carga - NMi ... 104 Quadro 6.1: Síntese dos principais resultados obtidos ... 1046 Quadro I.1: Metodologia para cálculo do frete rodoviário de carga ... 104

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xiv LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1: Matriz de transporte de cargas brasileira ... 18

Figura 1.2: Frota de veículos rodoviários ... 19

Figura 2.1: Representação genérica da estrutura (multicamadas) de pavimento ... 27

Figura 2.2: Esforços no pavimento devido à passagem de uma carga em movimento ... 28

Figura 2.3: Sinal de deformação longitudinal e transversal de extensômetro localizado na fibra inferior da camada de concreto asfáltico, com a passagem de veículo em movimento ... 29

Figura 2.4: Perfil longitudinal e transversal de um pavimento e a trajetória de um pneu ... 31

Figura 2.5: Esquema de definições dos veículos rodoviários de carga ... 35

Figura 2.6: Principais configurações de eixos ... 38

Figura 2.7: Parte de um pneu e sua construção radial e diagonal ... 39

Figura 2.8: Pressão de contato de pneus em função da variação da pressão de enchimento e da carga aplicada ... 41

Figura 2.9: Representação do sistema de suspensão de um veículo ... 42

Figura 3.1: Espectro de carga – BR-101/SC (Araranguá) – novembro/2011 ... 47

Figura 3.2: Vida útil do pavimento versus sobrecarga ... 48

Figura 3.3: Leis e regulamentações referentes à fiscalização de veículos comerciais pesados quanto à sobrecarga transportada, mediante uso de instrumentos de pesagem ... 60

Figura 3.4: Leis e regulamentações referentes à metrologia de instrumentos de pesagem automáticos e não automáticos ... 62

Figura 3.5: PPV (km 108 ao 109, BR-163/MT, Município de Rondonópolis ... 66

Figura 3.6: PPV (BR-101/SC, Município de Araranguá) ... 67

Figura 3.7: UMO – Operação no km 12, da rodovia BR-316/PI ... 67

Figura 4.1: Tecnologias para pesagem estática. ... 69

Figura 4.2: Tipos de pesagem em movimento, locais de emprego e suas tecnologias ... 72

Figura 4.3: Sensor do tipo balança baseada no uso de células de carga ... 73

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xv

Figura 4.5: Sensor capacitivo ... 76

Figura 4.6: Representação – Sensor piezo-polímero Measurement Specialties ... 77

Figura 4.7: Representação – Sensor piezo-cerâmico - Thermocoax ... 77

Figura 4.8: Representação – Sensor piezo-quartzo - kistler ... 78

Figura 4.9: Representação – Sensor com base em extensômetro ... 79

Figura 4.10: Representação – Sensor óptico - Measurement Specialties ... 80

Figura 4.11: Representação genérica de um sistema WIM/HS-WIM ... 81

Figura 4.12: Sinal de um sensor WIM em linha expresso em força (N) ... 82

Figura 4.13: Estimativa do peso a partir da força de impacto ... 87

Figura 5.1: Sequenciamento metodológico ... 107

Figura 6.1: PPV - Município de Araranguá/SC – Variações de temperatura (maio de 2019) ... .116

Figura 6.2: Sítio de pesagem WIM – PPV Município de Araranguá/SC ... 117

Figura 6.3: Camadas das estruturas dos pavimentos dos trechos A01, A02 e A03 – PPV 16.08 ... 117

Figura 6.4: Sensores – Trecho A01 – Estação de Integração ... 118

Figura 6.5: Sensores – Trecho A02 – Pista Experimental ... 118

Figura 6.6: Sensores – Trecho A03 – Pista Experimental ... 119

Figura 6.7: Veículos conhecidos ... 120

Figura 6.8: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 01 – Caminhão não articulado de 3 eixos e 2 grupos de eixos (classe 3C) – Temperatura média do pavimento igual a 37,2º C ... 124

Figura 6.9: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 01 - Caminhão articulado de 5 eixos e 3 grupos de eixos (classe 2S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37,2° C ... 124

Figura 6.10: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 01 - Caminhão articulado de 6 eixos e 3 grupos de eixos (classe 3S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37,2° C ... 125

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xvi Figura 6.11: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 02 – Caminhão não articulado de 3 eixos e 2 grupos de eixos (classe 3C) – Temperatura média do pavimento igual a 37° C ... 127 Figura 6.12: Diagrama de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e peso por grupos de eixos – Sistema 02 - Caminhão articulado de 5 eixos e 3 grupos de eixos (classe 2S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37° C ... 127 Figura 6.13: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 02 - Caminhão articulado de 6 eixos e 3 grupos de eixos (classe 3S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37° C ... 128

Figura 6.14: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 03 - Caminhão não articulado de 3 eixos e 2 grupos de eixos (classe 3C) – Temperatura média do pavimento igual a 37,1° C ... ...130 Figura 6.15: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 03 - Caminhão articulado de 5 eixos e 3 grupos de eixos (classe 2S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37,1° C ... ...130

Figura 6.16: Diagramas de caixa das diferenças relativas das medidas de PBT e pesos por grupos de eixos – Sistema 03 - Caminhão articulado de 6 eixos e 3 grupos de eixos (classe 3S3) – Temperatura média do pavimento igual a 37,1° C ... ....131

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xvii LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURA E ABREVIAÇÕES

AASHO American Association of State Highway Officials

AASHTO American Association of State Highway and Transportation Officials ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ANTT Agência Nacional de Transportes Terrestres CONTRAN Conselho Nacional de Trânsito

CTB Código de Trânsito Brasileiro

CTC Cooperativa de Transporte de Cargas CVC Combinação de Veículo de Carga DENATRAN Departamento Nacional De Trânsito

DNIT Departamento Nacional de Infraestrutura de Transportes ETC Empresa de Transporte Rodoviário de Cargas

HS-WIM High Speed Weigh in Motion

INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia IRI International Roughness Index

LS-WIM Low Speed Weigh in Motion

NCHRP National Cooperative Highway Research Program

OICA Organisation Internationale Constructeurs des Automobiles OIML Organisation Internationale Métrologie Légale

PBT Peso Bruto Total

PBTC Peso Bruto Total Combinado SNT Sistema Nacional de Trânsito TAC Transportador Autônomo de Cargas

TCP Transportador Rodoviário de Carga Própria TRRC Transportador Rodoviário Remunerado de Cargas WIM Weigh in Motion

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1 INTRODUÇÃO

O sistema de transporte desempenha importante papel no processo de desenvolvimento econômico, com efeitos diretos sobre a produção e o consumo de um país, sendo o aumento da demanda por bens e serviços, em um mercado, um impulsionador da atividade produtiva. Nesse sentido, uma infraestrutura extensa, densa e de boa qualidade se configura como condição necessária à realização dos serviços de transporte e ao desenvolvimento econômico de uma região ou país (CNT, 2017). De acordo com Horta & Giambiagi (2018), uma infraestrutura deficitária contribui para aumentar o custo do transporte, reduzindo a competitividade das empresas e a produtividade da economia de maneira geral.

No Brasil, o transporte rodoviário é caracterizado como a modalidade que ocupa maior participação na matriz de transporte de cargas, representando cerca de 61% do total (Figura 1.1) e movimentando cerca de 485 milhões de Toneladas por Quilômetro Útil (TKU) (CNT, 2019a). Também se caracteriza como o principal modo de deslocamento de pessoas, sendo que, de acordo com Medina & Motta (2015a), historicamente, 96% delas são transportadas por meio de rodovias. Os serviços de transporte rodoviários de passageiros interestadual, internacional e de fretamento, por sua vez, somente no ano de 2018, acomodaram cerca de 95,1 milhões de pessoas, o que representou um aumento de 7,3% em comparação com o ano de 2017, em que foram transportadas cerca de 88,7 milhões de pessoas (BRASIL, 2018; CNT, 2019a).

Figura 1.1: Matriz de transporte de cargas brasileira

Dada a expressiva participação do transporte rodoviário na movimentação de cargas e pessoas, apresenta-se, também, um panorama geral a respeito da frota de veículos comerciais pesados no Brasil, que cresce a cada ano. Até o final do ano de 2018, a frota brasileira correspondeu ao

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19 montante de 100.746.553 veículos rodoviários, dos quais, como ilustrado na Figura 1.2, cerca de 7% corresponderam a veículos comerciais pesados, tendo sido aproximadamente 6% do tipo caminhão, em seu sentido genérico, e 1% referente a ônibus. Tais percentuais, se comparados ao ano de 2017, sofreram um crescimento, respectivamente, de cerca de 3,9% e 2,3% (DENATRAN, 2018; BRASIL, 2018).

Figura 1.2: Frota de veículos rodoviários

Segundo Neto et al. (2011), para um setor cuja importância assume a dimensão verificada no setor rodoviário, torna-se evidente o dever de a iniciativa pública de interferir por meio da provisão de políticas que estimulem e fortaleçam sua dinâmica. Uma das formas pelas quais o governo pode atuar consiste na realização de investimentos diretos na construção, manutenção e adequação, estimulando a economia nacional através de uma infraestrutura competitiva.

Entretanto, veículos com sobrecarga representam sérias ameaças às operações do transporte rodoviário, com riscos crescentes sobretudo aos cidadãos. Tais riscos decorrem da promoção de impactos severos à durabilidade das infraestruturas rodoviárias (pavimentos e pontes), do comprometimento da segurança viária, além do incentivo à concorrência desleal entre modos de transporte e operadores (JACOB & BEAUMELLE, 2010; JACOB & COTTINEAU, 2016).

A degradação prematura das infraestruturas rodoviárias influencia, também, significativamente, o preço dos fretes e, por conseguinte, os custos operacionais, pois não apenas amplia o tempo de transporte, mas também contribui para o acelerado desgaste dos veículos, elevando os custos com manutenção e com o consumo de combustível e pneus. Ainda, infraestruturas rodoviárias danificadas geram aumento na emissão de poluentes e propiciam a ocorrência de acidentes, na medida em que contribuem para a instabilidade do veículo, implicando elevação de despesas

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20 hospitalares (FERNANDES JÚNIOR, 1994; NETO et al., 2011; KARIM et al., 2014; CNT, 2018).

Nesse sentido, Fernandes Júnior (1994) aponta ser inadmissível que políticas de investimento no setor de transporte rodoviário deixem, em segundo plano, o controle de sobrecargas transportadas por meio de veículos comercias pesados, existindo, portanto, a necessidade de implantação de um programa eficaz e efetivo de fiscalização de pesos e dimensões de veículos de carga e de passageiros. Ainda segundo o autor, balanças fixas e móveis e sistemas para pesagem em movimento são ferramentas que resultam em benefícios para a sociedade muitas vezes superiores aos custos de sua instalação, manutenção e operação.

Em complementação, para Fontenele (2011) e Fontenele et al. (2011), as imposições de penalidade de multa, devido às infrações decorrentes da prática de sobrecarregar os veículos, somente podem ser provenientes das ações de fiscalização. Entretanto, segundo os autores, o Brasil ainda apresenta um cenário desfavorável em relação ao excesso de carga, sendo essa prática continuamente adotada, devido às vantagens econômicas da relação frete/multa, à inexistência de controle de peso na maioria absoluta das rodovias brasileiras e ao baixo risco de detecção da infração.

Diante do exposto, de acordo com Han et al. (2012), estações de pesagem são os primeiros pontos de verificação de conformidade de veículos, sendo que, para tanto, nas últimas décadas, têm sido desenvolvidas tecnologias de pesagem em movimento, denominadas em inglês, como Weigh in Motion (WIM), ou Pesagem em Movimento, como forma de reduzir atrasos das viagens e aumentar a fiscalização quanto às violações por excesso de peso. Tais tecnologias WIM possibilitam a pesagem em movimento em baixa velocidade (ou do inglês Low Speed Weigh in Motion – LS-WIM), e a pesagem em movimento em alta velocidade (ou do inglês High Speed Weigh in Motion – HS-WIM) (JACOB & BEUAMELLE, 2010). Entretanto, devido às limitações quanto à precisão e implementação, propriamente ditas, das tecnologias relativas aos sistemas HS-WIM, o completo potencial de tais tecnologias não têm sido atingido.

1.1 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

De acordo com Otto (2018), o desenvolvimento e avanço de tecnologias relativas à pesagem em alta velocidade, aliados ao avanço de tecnologias e sistemas de comunicação e integração

(21)

21 de dados, permitem a transmissão de informações em tempo quase real e, portanto, permitem o desenvolvimento de tecnologias voltadas à fiscalização direta de veículos que trafegam com sobrecarga. Entretanto, as questões relativas à certificação de tais sistemas ainda se configuram como um dos principais entraves à sua implementação.

No Brasil, ainda não existem sistemas de pesagem em alta velocidade certificados para a fiscalização direta do excesso de carga, e os sistemas comerciais disponíveis não são capazes de atender às especificações metrológicas, com foco na fiscalização em alta velocidade, no próprio fluxo de tráfego das rodovias. A certificação de sistemas de pesagem em baixa velocidade, por sua vez, existentes no Brasil, é resultado de uma série de procedimentos, mediante os quais os sistemas devem ser capazes de apresentar resultados, quanto às medidas de peso, com precisão suficiente para atendimento das regulamentações técnico metrológicas estabelecidas pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), as quais se baseiam nas recomendações apresentadas pela Organização Internacional de Metrologia Legal, ou do francês, Organisation Internationale de Métrologie Légale (OIML) (OTTO, 2018).

Do exposto, considerando as potencialidades de desenvolvimento e uso de tecnologias e sistemas de pesagem em alta velocidade, principalmente para fins de fiscalização e controle do peso de veículos comerciais pesados, bem como considerando as discussões acerca das certificações de tais sistemas, o presente trabalho pretende responder a seguinte pergunta: como definir os limites de tolerâncias de peso de veículos comerciais pesados, para fins de certificação, quando submetidos à pesagem em alta velocidade?

1.2 HIPÓTESE

Os valores e/ou admissões dos limites de tolerâncias de peso de veículos comerciais pesados podem ser definidos com base no uso de métodos estatísticos de experimentação.

Tem-se como hipóteses secundárias:

• As tolerâncias dependem do tipo de veículo;

(22)

22 1.3 OBJETIVOS

O objetivo geral deste trabalho consiste em propor um método para a definição dos limites de tolerâncias de peso de veículos comerciais pesados, a partir do uso de métodos estatísticos de experimentação, visando contribuir para a certificação e uso de sistemas de pesagem em alta velocidade e, por conseguinte, para a implementação da fiscalização direta dos excessos de carga transportados.

Tem-se como objetivos específicos:

• Apresentar as características do tráfego e sua interação com pavimentos;

• Identificar e apresentar as principais regulamentações brasileiras que tratam da fiscalização dos excessos de carga praticados por meio do uso de tecnologias para pesagem;

• Identificar e apresentar as principais tecnologias existentes para pesagem de veículos; • Identificar as variáveis que podem interferir como fontes de erros quando da pesagem

de veículos em movimento;

• Identificar e apresentar os principais documentos internacionais que tratam da avaliação de sistemas de pesagem em movimento;

1.4 JUSTIFICATIVA

Os sistemas de pesagem em alta velocidade podem ser utilizados, em um primeiro momento, visando possibilitar o desenvolvimento de projetos de códigos e modelos de calibração de cargas, bem como o monitoramento e avaliação das infraestruturas, além também da inspeção e elaboração de estratégias de manutenção e reforço. Outras viabilidades de uso residem como forma de coleta de dados estatísticos de tráfego, ou de fretes de transporte, bem como pesquisas de cunho econômico, além também de servirem como ferramenta de pré-seleção de veículos comerciais pesados, anteriormente à realização de pesagem estática ou em baixa velocidade (JACOB & BEAUMELLE, 2010).

Ainda segundo Jacob & Beaumelle (2010), os sistemas de pesagem em alta velocidade, a despeito dos sistemas de pesagem em baixa velocidade, têm como uma de suas principais vantagens o fato de poderem ser totalmente automatizados, por meio dos quais se torna possível o registro de todos os veículos que passam pela rodovia. Tais sistemas dispensam, ainda, o uso de infraestruturas adicionais, como prédios administrativos e pátios de estacionamento,

(23)

23 podendo ser instalados na própria infraestrutura (pavimentos e pontes) e em qualquer seção dela, desde que atendam às especificações relativas a sistemas de pesagem em movimento.

Em complementação, além da redução dos custos operacionais e de implantação de infraestrutura de estações ou postos de pesagem, principalmente em se considerando uma operação de pesagem de vinte e quatro horas, e sete dias por semana, o aumento de locais de fiscalização, possibilitado pelo uso de sistemas de pesagem em alta velocidade, permitiria aos órgãos e entidades responsáveis pelo gerenciamento da infraestrutura rodoviária uma maior abrangência quanto à fiscalização do excesso de carga e quanto às informações relativas ao tráfego passante. Ainda, como consequência do aumento da fiscalização, a redução de veículos com excesso de carga possibilitaria a melhora dos níveis de serviço das rodovias, seja com relação à redução de acidentes, seja no tocante à preservação da vida útil das infraestruturas rodoviárias, além também do freamento da competitividade desleal correspondente ao valor do frete (OTTO, 2018).

Dolcemascolo et al. (2016), por sua vez, consideram que, uma vez que o tráfego de veículos comerciais vem aumentando a cada ano, mais veículos devem ser controlados e/ou fiscalizados. Nesse sentido, a fiscalização direta do excesso de carga, a partir do uso de sistemas de pesagem em alta velocidade, é entendida como uma solução mais dissuasiva, no que se refere à coibição da prática de sobrecarregar os veículos, quando comparada com as pesagens estáticas ou em baixa velocidade. Entretanto, segundo Jacob & Loo (2011), ainda existem barreiras que impedem seu uso para fins de fiscalização, a saber pela falta de certificação apropriada, fazendo-se necessário, portanto, o desenvolvimento de uma estrutura de procedimentos que possibilitem a aceitação de tais sistemas, para o fim que se espera, ou seja, o de fiscalizar diretamente os veículos que trafegam com sobrecarga.

Diante do exposto, o desenvolvimento do presente trabalho se justifica por apresentar um método, com enfoque estatístico, voltado à definição de limites de tolerância de peso de veículos comerciais pesados, e visando contribuir para a certificação de tais sistemas, bem como possibilitar a implementação da fiscalização direta do excesso de peso e, por conseguinte, o aumento da verificação de veículos comerciais pesados quanto aos carregamentos praticados e quanto às violações por excesso de carga, não acarretando prejuízos àqueles que trafegam em conformidade com a legislação.

(24)

24 1.5 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Este trabalho está estruturado em 7 capítulos. O Capítulo 1 apresenta uma breve introdução sobre o assunto relacionado ao uso de sistemas de pesagem em alta velocidade, com foco na implementação da fiscalização direta da sobrecarga transportada, como medida voltada à manutenção e preservação das infraestruturas rodoviárias, garantindo condições seguras, confortáveis e econômicas aos cidadãos, ao saneamento de questões relacionadas ao setor rodoviário e ao impulsionamento econômico do país. Contempla também a delimitação do problema, a hipótese a ser estudada, os objetivos pretendidos e a justificativa da pesquisa.

No Capítulo 2, é apresentada revisão bibliográfica sobre as características do tráfego e sua interação com os pavimentos, devido à influência de tais fatores externos com relação à forma de imposição das cargas nas tecnologias de pesagem e quanto às incertezas das medidas de peso. No Capítulo 3, são apresentadas informações sobre a fiscalização de veículos comerciais pesados, sendo abordado a respeito dos impactos econômicos que a mesma visa coibir, bem como sobre o ato de fiscalização propriamente dito, sobre as diferenças entre os modelos de fiscalização existentes, e sobre a legislação brasileira que trata do uso de instrumentos de pesagem em movimento.

Já no Capítulo 4, constam informações sobre os sistemas de pesagem e as respectivas tecnologias, sobre documentos internacionais voltadas à avaliação de tais sistemas, sobre o Regulamento Técnico Metrológico existente no Brasil e, também, a respeito de procedimentos e ensaios voltados à avaliação de sistemas de pesagem em movimento. No Capítulo 5, é apresentado o método proposto. No Capítulo 6, constam a aplicação do método e os resultados obtidos, tendo em vista a hipótese e os objetivos elencados. Por fim, as conclusões, limitações e recomendações para trabalhos futuros estão contidas no Capítulo 7 desta dissertação.

(25)

25

2

CARACTERÍSTICAS DO TRÁFEGO E SUA INTERAÇÃO COM

PAVIMENTOS

As características do tráfego, especificamente com relação aos veículos de carga e de passageiros, e sua influência nas respostas e desempenho de pavimentos, são apontadas como tema relevante de ser abordado no âmbito desta dissertação. Existe a compreensão de que o conhecimento de tais características, e de sua interação com estruturas de pavimentos, pode proporcionar um melhor entendimento quanto aos impactos da sobrecarga, bem como uma melhor observação ou experimentação quanto aos resultados possíveis de serem obtidos quando da utilização de diferentes tecnologias voltadas à pesagem de veículos comerciais pesados e, também, no tocante à identificação e entendimento de requisitos necessários à sua implementação, para as mais diversas aplicabilidades, inclusive, àquela relacionada ao cumprimento de atos de fiscalização, pelos órgãos e entidades competentes e responsáveis pela preservação das rodovias.

Com o trabalho de Gillespie et al. (1993) se estudou os efeitos das características dos veículos pesados nas respostas e desempenho de pavimentos, tendo sido constatado que os veículos vinham aumentando em diversidade de projeto e uso. Nesse sentido, novas configurações de veículos, suspensões, pneus e pressão de enchimento, por sua vez, vinham mudando a imposição de cargas na superfície de pavimentos. No que se refere ao uso de tecnologias para pesagem, Scheuter (1998) aponta que as incertezas das medidas de peso obtidas por meio de sistemas de pesagem estão relacionadas a erros intrínsecos e a erros devidos a fatores externos (inclinação do veículo, suspensão, fricção da suspensão, reação à frenagem, movimento oscilatório dos veículos – chassi e eixos, frisos dos pneus, forças aerodinâmicas, instalação dos sensores – nivelamento, e irregularidade e planicidade do pavimento), os quais são diretamente abordados no Capítulo 4 desta dissertação, e os quais apresentam relação, em termos de comportamento, com as estruturas de pavimentos.

Ainda com relação às tecnologias para a pesagem, Burnos & Rys (2017) afirmam que, quando

instaladas no pavimento, este desempenha papel importante no processo de obtenção das medidas de peso, haja vista a estrutura do pavimento se tornar parte do sistema de pesagem. Logo, segundo os autores, as propriedades de um pavimento afetam as propriedades de todo o sistema de pesagem em movimento. Complementarmente, Otto et al. (2017) e Otto (2018) afirmam que as respostas elétrico-mecânicas de sensores utilizados para a pesagem em movimento podem ser representadas a partir da combinação entre a carga em movimento e as

(26)

26 reações do pavimento.

Nesse sentido, no presente Capítulo, serão apresentados tópicos relacionados aos conceitos de serventia e desempenho de pavimentos, à sua estrutura, e sobre sua deterioração. Em sequência, serão apresentados tópicos relacionados às características do tráfego, sendo realizada abordagem sobre os veículos e seus limites legais de peso e dimensões, no contexto brasileiro, sobre os tipos de eixos e seus limites legais, também para a realidade brasileira, sobre os tipos de rodados e pressões de enchimento dos pneus, sobre as suspensões e, por fim, a respeito da velocidade e de cargas dinâmicas.

2.1 PAVIMENTOS

Em função da importância do transporte rodoviário para as atividades socioeconômicas de um país, um pavimento deve apresentar, numa visão de longo prazo, desempenho satisfatório permanente. Nesse sentido, os conceitos de serventia e desempenho de pavimentos serão apresentados nas seções seguintes. Ainda, menciona-se que um pavimento é projetado para durar determinado período de vida sob a influência do tráfego, servindo também como estrutura componente de sistemas de pesagem em movimento e, portanto, exercendo um importante papel frente à interação com tecnologias voltadas à pesagem de veículos com sobrecarga, principalmente no que se refere à obtenção e à confiabilidade das respectivas medidas de peso.

2.1.1 Serventia e Desempenho de Pavimentos

Os termos relacionados à serventia e desempenho de pavimentos foram primeiramente definidos por Hudson, em 1971, tendo como base os estudos e relatórios obtidos a partir do teste rodoviário desenvolvido pela antiga Associação Americana de Funcionários das Rodovias Estaduais, ou do inglês American Association of State Highway Officials (AASHO), na década de 1950, e que ficou conhecido como o Teste Rodoviário da AASHO, ou do inglês AASHO Road Test (FERNANDES JÚNIOR, 1994; BALBO, 2007).

De acordo com Haas et al. (1994), a serventia de um pavimento é definida pela sua habilidade em servir ao tráfego com conforto, segurança e economia, sendo expressa em termos da satisfação do usuário ou da qualidade da superfície de rolamento de uma seção do pavimento. Já o desempenho de um pavimento, ao longo de sua vida útil, é definido como a medida de sua serventia, no tempo, ou após determinado número de aplicação de carga, ou ainda, como a

(27)

27 evolução da deterioração do pavimento devido à ação do tráfego, conjuntamente aos agentes climáticos.

De modo simplificado, o desempenho de um pavimento pode ser classificado de três formas: funcional, estrutural e relativa à segurança. O desempenho funcional diz respeito à capacidade do pavimento de satisfazer sua função principal, que é a de fornecer uma superfície com serventia adequada quanto à qualidade ao rolamento, estando, portanto, diretamente relacionada à irregularidade longitudinal de um pavimento. O estrutural se refere à capacidade de o pavimento manter sua integridade estrutural, não apresentando falhas significativas e/ou atingindo a ruptura, que possam acarretar, por consequência, a perda do desempenho funcional. Já o desempenho relativo à segurança se relaciona com as características de resistência à derrapagem e ao potencial de hidroplanagem (DNIT, 2006).

2.1.2 Estrutura e Comportamento Estrutural de um Pavimento

O pavimento consiste em uma estrutura formada por camadas sobrepostas de diferentes materiais, como revestimento, base, sub-base, reforço do subleito e subleito, sendo este último a fundação e, também, parte integrante da estrutura (BALBO, 2007). As funções específicas de cada uma das camadas que compõem um pavimento não são matéria de estudo na presente dissertação e, portanto, não são abordadas nesta seção. Na Figura 2.1, é apresentada representação genérica da estrutura de um pavimento.

Figura 2.1: Representação genérica da estrutura (multicamadas) de pavimento Fonte: BALBO (2007)

Do ponto de vista estrutural, simplificadamente, um pavimento é concebido para receber cargas e transmitir esforços, aliviando as pressões ao longo das camadas até a fundação da estrutura, ou seja, ao longo da profundidade, e funcionando adequadamente quando todos os elementos da estrutura apresentam deformações compatíveis com a natureza e a resistência dos materiais

(28)

28 que compõem as camadas, não ocorrendo processos de danificação ou ruptura prematura. As cargas aplicadas sobre um pavimento, associadas às condições climáticas, principalmente tendo em vista as variações de temperatura, geram esforços, determinando um estado de tensões na estrutura de um pavimento, o qual depende do comportamento mecânico de cada uma das camadas, então representado pelo denominado módulo equivalente elástico “E” e pelo coeficiente de Poisson “µ”, e do conjunto formado por elas (BALBO, 2007).

Com a passagem de uma carga sobre uma estrutura multicamadas de um pavimento, bem como considerando os esforços de flexão gerados, o estado de tensões apresenta uma linha neutra, separando a estrutura em zonas de contração e distensão. Sob a área de contato da carga e próximo à superfície, podem ser verificados esforços de contratação do material. Já em região localizada abaixo da linha neutra, sob a carga, são observados esforços de distensão do material (OTTO et al. 2012; OTTO, 2018). Na Figura 2.2, é apresentada representação dos esforços gerados em um pavimento devido à passagem de uma carga em movimento.

Figura 2.2: Esforços no pavimento devido à passagem de uma carga em movimento Fonte: Homsi (2011) apud Otto (2018)

De modo a exemplificar, Otto et al. (2012) desenvolveram estudo em pista experimental localizada na rodovia BR-101/SC, no Município de Araranguá, no Estado de Santa Catarina, a partir de extensômetro instalado em uma estrutura de pavimento, composta de uma camada de revestimento em concreto asfáltico com espessura de 17 cm, base de 18 cm de brita graduada e sub-base de 20 cm de macadame seco. Nesse sentido, os autores obtiveram os sinais de deformação longitudinal e transversal, conforme se verifica na Figura 2.3.

(29)

29 Figura 2.3: Sinal de deformação longitudinal e transversal de extensômetro localizado na fibra inferior da camada de concreto asfáltico, com a passagem de veículo em movimento

Fonte: Otto et al. (2012)

Otto et al. (2012) observaram, na direção longitudinal, a sequência de esforços de contração (valores negativos), distensão (valores positivos) e contração novamente, e na direção transversal, a ocorrência de tração com valores levemente acima daqueles ocorridos na direção longitudinal. Os sinais obtidos, segundo os autores, representam a resposta do pavimento com relação ao extensômetro, que foi colocado na fibra inferior da camada de concreto asfáltico (profundidade de 17 cm), gerada pela passagem de um veículo de 2 eixos (eixo 1 = 4.586 kg, eixo 2= 10.016 kg), em uma velocidade de 30 km/h, com temperatura (Ɵ) igual a 27° C.

2.1.3 O Fenômeno da Fadiga e a Deterioração de um Pavimento

A explicação relativa à ruptura por fadiga de diferentes estruturas de pavimentos, quando solicitadas dinamicamente por cargas repetidas, tem fundamento na mecânica da fratura, a qual torna possível o desenvolvimento de modelos de deterioração de pavimentos por trincamento, através de uma análise mecanística. No que se refere à fadiga, menciona-se que Miner, em 1945, realizou um estudo do efeito acumulado de fadiga de estruturas metálicas utilizadas em aviões, tendo-se admitido que todo o trabalho aplicado contribui para a fadiga e que o início de uma trinca corresponde à ruptura, e tendo estabelecido que a ruptura de uma estrutura solicitada dinamicamente ocorre a partir da relação entre o número de ciclos aplicados de tensão máxima (ni) e o número que provoca ruptura (Ni), para uma determinada carga (Pi), conforme a relação

(MEDINA & MOTTA, 2015b):

∑ (𝑛𝑖

(30)

30 Nesse sentido, a realização do ensaio de fadiga permite determinar o número de ciclos de uma deformação ou tensão que conduz à ruptura de um material. A duração de vida de um material, por sua vez, é função da amplitude de solicitações aplicadas, sendo habitualmente caracterizada pela relação do tipo (CORTÉ & BENEDETTO, 2005):

𝑆 = 𝑎 𝑁−𝑏 (1.2)

Onde, (N) é o número de aplicação da solicitação, (S) é a solicitação (podendo ser tensão ou deformação), (a) e (b) são constante de proporcionalidade e expoente, respectivamente. Na representação logarítmica, a curva é uma reta representada pela Equação (1.3). No caso de uma solicitação repetitiva suave (senoidal), cada ensaio permite definir o conjunto (S, N), com (S) sendo a amplitude do nível da solicitação aplicada e (N) a duração da vida do corpo de prova a essa solicitação, sendo que (S) pode ser uma amplitude de força (respectivamente a tensão) ou deslocamento (respectivamente a deformação).

𝑆 = 𝑎 − 𝑏 log(𝑁) (1.3)

Diante do exposto a respeito do fenômeno da fadiga, as tensões, deformações e deslocamentos, quando levados ao limite, tendo em vista a magnitude e/ou número de repetições das cargas do tráfego, podem levar à fadiga dos materiais e, consequentemente, à ocorrência de deteriorações em um pavimento. Entretanto, as deteriorações, e o seu acúmulo, podem estar relacionados não somente às cargas do tráfego, mas também à sua composição (carga por eixo, tipos de suspensão, tipos de rodados e pressão de enchimento dos pneus etc.), às condições ambientais, ao dimensionamento das estruturas de pavimentos e, portanto, aos materiais empregados para a estruturação das camadas e à espessura adotada para cada uma delas, a falhas decorrentes do processo construtivo e ao uso das estruturas ao longo do tempo (FERNANDES JÚNIOR, 1994; FONTENELE, 2011).

Desse modo, as deteriorações, ou acúmulo de deteriorações, podem ser expressos em termos de defeitos no pavimento, a partir da formulação de modelos matemáticos e da utilização de softwares voltados ao dimensionamento e/ou à análise e previsão de desempenho de pavimentos. Como defeitos, citam-se, por exemplo, as trincas por fadiga, os afundamentos nas trilhas de rodas e a irregularidade longitudinal (FERNANDES JÚNIOR, 1994).

(31)

31 Com relação à irregularidade longitudinal, esta se caracteriza como um fator que representa o efeito decorrente de uma série deteriorações e defeitos. De maneira simplificada, a irregularidade longitudinal pode ser definida como o somatório dos desvios da superfície de um pavimento em relação a um plano referencial ideal. Ou seja, a partir de um valor inicial de irregularidade longitudinal, que pode ser decorrente de imperfeições ocasionadas no processo construtivo, pode-se atingir valores crescentes, ao longo do tempo, em função das deteriorações ocasionadas em um pavimento. Entretanto, a irregularidade longitudinal apresenta algumas particularidades, as quais estão relacionadas com sua capacidade de afetar a dinâmica dos veículos e, portanto, as cargas dinâmicas que atuam sobre um pavimento (DNIT, 2006).

Nesse sentido, o aumento da irregularidade longitudinal leva ao aumento das ações provocadas pelas cargas dinâmicas, acelerando o processo de deterioração de um pavimento, ao comprometimento da segurança dos cidadãos e ao aumento dos custos operacionais dos veículos (combustível, reparos e manutenções gerais) (DNER, 2000; NCHRP, 2004; DNIT, 2006; LCPC, 2009 apud OTTO, 2018; ISLAM & BUTTLAR, 2012). Na Figura 2.4, é apresentada ilustração do perfil longitudinal e transversal de um pavimento e a trajetória de um pneu.

Figura 2.4: Perfil longitudinal e transversal de um pavimento e a trajetória de um pneu Fonte: Otto (2018)

Ressalta-se que, na ISO 13473-2:2002, é proposta a distinção da textura de pavimentos em quatro domínios (microtextura, macrotextura, megatextura e perfil longitudinal) definidos por comprimentos de ondas, bem como é apresentado, para cada intervalo de comprimento de onda, ou por tipo de textura, os respectivos efeitos aos usuários. Ainda, destaca-se existir duas formas

(32)

32 de avaliação do perfil longitudinal de um pavimento, a saber pelo Índice de Irregularidade Internacional, ou do inglês, International Roughness Index (IRI), ou a partir de Notas de Banda de Ondas (NBO) (OTTO, 2018). As definições de textura, bem como as medidas para avaliação do perfil longitudinal, fazem-se relevantes para fins, principalmente, de avaliação e previsão de desempenho de pavimentos, inclusive considerando a inter-relação destes com as tecnologias utilizadas para a pesagem de veículos. Contudo, apesar da sua relação com o trabalho, não são foco principal de estudo desta pesquisa e, portanto, não são abordadas com mais detalhes.

2.2 TRÁFEGO E SUAS CARACTERÍSTICAS

O tráfego de veículos comerciais pesados é formado por veículos de carga e de passageiros que apresentam diferentes configurações, possibilitando o transporte e deslocamentos com diferentes magnitudes de carga. Nesse sentido, o adequado conhecimento de suas características se torna importante, não só no que diz respeito ao comportamento de pavimentos, mas também, por consequência, às respostas e valores de peso possíveis de serem obtidos a partir do uso de tecnologias para pesagem, em sendo estas integradas às estruturas de pavimentos, devido à interação entre tais diferentes estruturas (pavimentos/tecnologias), em associação às características do tráfego.

Nos trabalhos desenvolvidos por Gillespie et al. (1993) e Fernandes Júnior (1994), verifica-se que, na interação veículo-via, existem diversos fatores de tráfego que podem influenciar no desempenho de pavimentos. Tais fatores são divididos em dois grupos, sendo o primeiro deles relacionado exclusivamente aos veículos, a saber pelo Peso Bruto Total (PBT) ou Peso Bruto Total Combinado (PBTC), pelas cargas por eixo, pelos tipos de eixos, suas respectivas distribuições de carga e espaçamento entre eixos, pelo tipo de pneu, tipo de rodagem, pressão de enchimento dos pneus e sua distribuição em contato com o pavimento, pela variação lateral da trajetória das rodas e pelas manobras. Os fatores que compõem o segundo grupo, por sua vez, são relacionados aos pavimentos, sendo eles a velocidade, o tipo de suspensão e a carga dinâmica.

Nesse sentido, considerando o exposto por Gillespie et al. (1993) e Fernandes Júnior (1994), em cujos trabalhos se abordou a respeito da interação veículo-via, e por Scheuter (1998), que apresentou os fatores externos relacionados aos erros de tecnologias de pesagem, na presente seção, serão realizadas breves abordagens sobre os veículos e seus limites legais de peso e dimensões, no contexto brasileiro, sobre os tipos de eixos e seus limites legais, também para a

(33)

33 realidade brasileira, sobre os tipos de rodados e pressões de enchimento dos pneus, sobre os modelos de suspensões e, por fim, a respeito da velocidade e das cargas dinâmicas.

2.2.1 Veículos e seus Limites Legais de Pesos e Dimensões

Como comentado no Capítulo 1, a presente pesquisa está relacionada à pesagem de veículos rodoviários de carga e de passageiros, mediante o uso de sistemas de pesagem em alta velocidade, com foco na fiscalização da sobrecarga transportada. Assim, nesta seção, dada a necessidade de se conhecer sobre os veículos passíveis de serem pesados, apresentam-se as definições atribuídas aos mesmos e suas distinções, bem como se discorre a respeito do surgimento e estabelecimento das configurações e composições permitidas de trafegarem nas rodovias brasileiras.

Segundo a Organização Internacional de Construtores de Automóveis, ou do francês Organisation Internationale des Constructeurs d’Automobiles (OICA, 2020), organização esta fundada em Paris, no ano de 1919, e a qual possui como missão defender o interesse de fabricantes, montadores e importadores de veículos, em suas respectivas nações federativas, a separação entre veículos comerciais leves (caminhões leves e furgões) e pesados (caminhões pesados e ônibus) se concentra na capacidade de transporte de cada um dos dois segmentos. Para os veículos comerciais pesados, a depender das definições específicas de cada país, a capacidade de transporte é superior ao limite máximo de 3,5 a 7 toneladas, então definido para os veículos comerciais leves.

No Brasil, a indústria automobilística passou a se consolidar a partir de meados da década de 1950, tendo sido impulsionada por diversas ações relacionadas à política de modernização e transformação da economia do país, que previa investimentos em setores estratégicos, como o de transportes. No que se refere a tal setor, previa-se, principalmente, a expansão da infraestrutura rodoviária e o aumento da produção de veículos, dentre eles, de caminhões (BRASIL, 1958; PEREIRA & LESSA, 2011).

Nesse contexto, observa-se que as primeiras definições quanto aos veículos rodoviários de carga e de passageiros, bem como a distinção entre eles, passaram a ser especificadas com a promulgação da Lei nº 9.503, de 23 de setembro de 1997, a qual instituiu o Código de Trânsito Brasileiro (CTB). Conforme o CTB (1997), veículos automotores são aqueles com motor de propulsão, que circulam por seus próprios meios, servindo para o transporte viário de pessoas

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34 e coisas, ou para tração viária de veículos utilizados para o transporte de pessoas e coisas, compreendendo, também, veículos que não circulem sobre trilhos, como os ônibus elétricos. Nesses termos, no CTB (1997), os veículos de carga são definidos como aqueles destinados ao transporte de carga, podendo transportar dois passageiros, exclusive o condutor, enquanto os veículos de passageiros são apontados como aqueles destinados ao transporte de pessoas e de suas bagagens. Complementarmente, os veículos automotores englobam, dentre outros, o caminhão-trator e os ônibus.

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) (2007), através da NBR 6067:2007, intitulada “Veículos rodoviários automotores, seus rebocados e combinados – Classificação, terminologia e definições”, define veículos rodoviários automotores como aqueles que transportam sua própria energia e motor(es) ao transporte de pessoas e/ou carga, tração de outros veículos e prestação de serviços. Ainda, em consonância com o CTB (1997), a ABNT (2007) define veículos de carga como aqueles destinados ao transporte de carga, e veículos de passageiros como aqueles voltados ao transporte de pessoas e suas bagagens. No tocante ao transporte de passageiros, os micro-ônibus e os ônibus são definidos, respectivamente, como veículos automotores de transporte coletivo de até 20 pessoas, e para mais de 20 pessoas. Já com relação ao transporte de cargas, os caminhões são definidos como veículos automotores que possuem PBT acima de 3,5 toneladas.

Especificamente com relação aos veículos rodoviários de carga, a ABNT (2012), através da NBR 9762:2012, intitulada “Veículo rodoviário de carga – Terminologia”, define os mesmos como aqueles utilizados para o trânsito nas vias de rolamento, com destino ao transporte geral de cargas, como gases, líquidos ou sólidos, contemplando veículos automotores, implementos rodoviários e veículos articulados, conforme discriminações apresentadas na Figura 2.5. Ressalta-se que, no Anexo A da NBR:9762:2012, são apresentados os desenhos referentes às definições discriminadas na Figura 2.5.

Apesar de as terminologias contidas na NBR 9762:2012 não possuírem ampla adesão de todos os órgãos e entidades responsáveis pelo controle e fiscalização dos veículos de carga, a partir de tal norma é possível observar a variedade dos tipos e configurações de veículos e a variedade dos tipos de cargas que podem ser transportadas e por cada um dos tipos e configurações de veículos. A partir de tal norma, também é possível observar existir tipos de veículos adequados para cada tipo de carregamento.

(35)

35 Figura 2.5: Esquema de definições dos veículos rodoviários de carga

Fonte: Adaptado de ABNT (2012)

veículo automotor caminhão-trator, caminhão,

caminhonete e camioneta rebocado incompleto/completo bobineira canavieira carga seca carrega tudo graneleira para animais para bebidas para botijões para granito para toras

para transporte militar para veículos porta-contêiner sistema intercambiável baú carga geral baú frigorífico baú isotérmico baú lonado

baú para transporte de bebidas in loader para presos silo silo de armazenamento de massa asfáltica tanque

tanque para armazenamento de cimento asfáltico tanque para produtos perigosos

basculante betoneira

coletor compactador silo dosador de asfalto espargidor de asfalto usina de asfalto usina de pré-mistura a frio contêiner

contentor para detritos sólidos para fins múltiplos combate a incêndio entretenimento guincho-socorro guindaste articulado hidráulico guindaste hidráulico autopropelido guindaste telescópio hidráulico

inspeção e serviços aéreos plataformas elevatórias poliguindaste

roll-on roll-off

salvamento e resgate

dolly com rala

eixo autodirecional eixo direcional eixo veicular auxiliar veículo articulado pesado reboque/semireboque veículo articulado leve

fixo com compartimento aberto

fixo com compartimento fechado

fixo com compartimento funcional

removível

mecanismo operacional Veículo rodoviário de carga implemento rodoviário

veículo articulado

equipamento veicular

(36)

36 Entretanto, o CTB (1997), em seu artigo 99, determina que somente poderão transitar pelas vias terrestres veículos cujas dimensões atendam ao estabelecido pelo Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN). Nesse sentido, o CONTRAN (1998a) publicou a Resolução CONTRAN nº 12, de 06 de fevereiro de 1998, a partir da qual, primeiramente, foi regulamentado o artigo 99 do CTB, bem como se estabeleceram os limites de peso e dimensões para a circulação de veículos rodoviários de carga e de passageiros. A referida Resolução passou por alterações posteriores, as quais foram revogadas com a publicação, por CONTRAN (2006a), da Resolução CONTRAN nº 210, de 13 de novembro de 2006, que se encontra em vigor, apesar de as diversas alterações sofridas desde a sua publicação.

Paralelamente, o CONTRAN (1998b) publicou a Resolução CONTRAN nº 68, de 23 de setembro de 1998, a partir da qual se regulamentou o artigo 100 do CTB, estabelecendo os requisitos para a circulação de Combinações de Veículos de Carga (CVCs), com mais de duas unidades, inclusa a unidade tratora, e com PBT acima de 57 toneladas ou com comprimento total acima de 19,80 metros. Tal Resolução, da mesma forma, passou por diversas alterações, que foram revogadas com a publicação, por CONTRAN (2006b), da Resolução CONTRAN nº 211, de 13 de novembro de 2006. Esta última, por sua vez, se encontra em vigor, tendo sofrido diversas alterações desde sua publicação.

Diante das Resoluções CONTRAN nº 210/2006 e nº 211/2006, o Departamento Nacional de Trânsito (DENATRAN) (2009) publicou a Portaria DENATRAN nº 63, de 31 de março de 2009, a partir da qual foram homologados e compilados os veículos rodoviários de carga e de passageiros, bem como as CVCs, com seus respectivos limites de comprimento, PBT e PBTC. As configurações de veículos rodoviários homologados, portanto, se caracterizam como aquelas permitidas de circularem nas vias, dentro das respectivas especificações de peso e dimensões.

Ressalta-se que o PBT, segundo o CTB (1997), é definido como o peso máximo que o veículo transmite ao pavimento, sendo constituído da soma da tara do veículo (peso próprio acrescido da carroceria e dos demais equipamentos e acessórios) e sua lotação (carga útil máxima, incluindo condutor e passageiros). Já o PBTC, semelhantemente, é caracterizado como o peso máximo transmitido pela combinação de um caminhão-trator mais seu semi-reboque, ou do caminhão mais o seu reboque ou reboques.

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37 Nesse contexto, a Portaria DENATRAN nº 63/2009, tendo em vista as Portarias que a alteraram, a saber pela Portaria DENATRAN nº 249, de 29 de dezembro de 2016, e pela Portaria DENATRAN nº 86, de 31 de maio de 2017, é composta por quatro anexos, sendo o Anexo I referente às composições de veículos homologadas para o transporte de carga, o Anexo II correspondente às composições de carga que necessitam de Autorização Especial de Trânsito (AET), o Anexo III relativo às composições de veículos homologadas para o transporte de passageiros, e o Anexo IV referente à composição de veículo, com configuração “caminhão trator + semi-reboque + dolly + semi-reboque”, que necessita de AET.

Nos citados Anexos, são apresentadas as configurações dos veículos rodoviários de carga e passageiros, com as discriminações de eixos, peso máximo por eixo ou conjunto (grupo) de eixos, PBT/PBTC, para cada uma das dimensões das composições de veículos homologadas, e o comprimento máximo admitido para os grupos de veículos. Ainda em relação aos Anexos, observa-se que, para todos os veículos homologados, são admitidos PBT/PBTC superiores ao limite máximo de 7 toneladas de capacidade de transporte, indo ao encontro das definições previamente estabelecidas pela OICA.

Nesse sentido, considerando a correspondência das definições, bem como por facilidade de denominação, o presente trabalho adotará, nos devidos casos, o termo “veículos comerciais pesados” como representação aos veículos rodoviários de carga e de passageiros. Do exposto, salienta-se que todas as citadas Resoluções e Portarias podem ser facilmente consultadas mediante acesso ao endereço eletrônico do atual Ministério da Infraestrutura, na seção relativa ao DENATRAN, conforme referências bibliográficas desta dissertação.

2.2.2 Eixos

Diante da diversidade de configurações de veículos homologados no Brasil, é possível realizar uma abordagem mais detalhada quanto aos eixos, os quais, por sua vez, podem-se fazer como parâmetro para a obtenção dos valores de PBT e PBTC, quando da pesagem de veículos. Nesse sentido, de acordo com Fernandes Júnior (1994) e CONTRAN (2006a), os principais tipos de eixos são do tipo isolado, denominados como eixo simples, ou em conjunto (grupo), então denominados como eixos em tandem. Os eixos isolados ou em grupo podem ser dotados com apenas uma roda em cada extremidade (rodado simples) ou duas rodas (rodado duplo). Especificamente para os ônibus, existem combinações de eixos simples de rodado simples, com eixos simples de rodado duplo, não configurando, entretanto, um eixo do tipo tandem duplo.

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Referências

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